Wie man eine Spule für drahtlose Energieübertragung auswählt
Die Auswahl der richtigen Spule für die drahtlose Energieübertragung beschränkt sich nicht allein auf die Wahl des Spulendurchmessers. Elektrische, mechanische, thermische und anwendungsspezifische Anforderungen müssen gemeinsam berücksichtigt werden.
1. Ermitteln Sie die erforderliche Leistung
Zunächst muss die benötigte Ausgangsleistung ermittelt werden. Niedrigleistungsfähige IoT-Sensoren und Hochleistungs-Industriegeräte erfordern völlig unterschiedliche Spulenkonstruktionen.
2. Betriebsfrequenz angeben
Die Betriebsfrequenz beeinflusst Impedanz, Verluste, Resonanz und die Systemleistung. Die Spule sollte auf die gewählten Treiber- und Empfängerschaltungen ausgelegt sein.
3. Wählen Sie die geeignete Induktivität.
Einer der wichtigsten Parameter ist die Induktivität. Die erforderliche Induktivität hängt von der Schaltungsauslegung, der Betriebsfrequenz und dem Resonanzkondensator ab.
4. Spulengröße ermitteln
Ermitteln Sie den Einbauraum der Spule, z. B. Durchmesser, Dicke und Höhe. Eine elektrisch leistungsstarke Spule passt möglicherweise nicht in das Endprodukt.
5. Transferdistanz auswerten.
Berechnen Sie den erforderlichen Luftspalt zwischen Sender- und Empfängerspule. Im Allgemeinen gilt: Je größer der Abstand, desto ineffizienter die Energieübertragung.
6. Ausrichtungstoleranz bewerten
Wenn Sie keine präzise Ausrichtung zwischen Sender und Empfänger gewährleisten können, sollten Sie eine Konstruktion mit größerer Toleranz gegenüber seitlichen oder winkligen Fehlausrichtungen in Betracht ziehen.
7. Temperaturauswertung
Ermitteln Sie die Betriebstemperatur und den Temperaturanstieg bei maximaler Last. Überhitzung verringert die Effizienz und Lebensdauer der Bauteile.
8. Beurteilen Sie die umgebenden Materialien.
In der Nähe befindliche leitfähige Materialien, wie z. B. Metallteile, Batterien und Leiterplatten, könnten die magnetische Kopplung und die Leistungsfähigkeit des Systems beeinträchtigen.
9. Abschirmungsbewertung
Eine magnetische Abschirmung könnte zur Steuerung der Magnetfeldverteilung und zum Schutz nahegelegener elektronischer Bauteile erforderlich sein.
10. Validieren Sie das gesamte System.
Abschließend sollte die Spule zusammen mit Sender, Empfänger, Treiber, Gleichrichter und dem Gehäuse des Endprodukts validiert werden. Die Spulenleistung lässt sich nicht immer getrennt vom gesamten drahtlosen Energieübertragungssystem bewerten.
Es empfiehlt sich, dem Hersteller vor der Anfrage nach einer kundenspezifischen Ausführung die Daten zu Leistung, Frequenz, Abmessungen, Luftspalt, Betriebstemperatur und Anwendung mitzuteilen.
Konstruktionsfehler, die bei Spulen für drahtlose Energieübertragung vermieden werden sollten
Geringer Wirkungsgrad, Überhitzung oder instabile drahtlose Energieübertragung können durch einige häufige Konstruktionsfehler verursacht werden.
Wählen Sie die Spule nicht anhand ihrer Größe aus.
Auch wenn die Größe der Spule korrekt ist, können Induktivität, Widerstand oder Gütefaktor falsch sein.
Vergessen Sie nicht die Betriebsfrequenz.
Der Treiber und die Spule sollten auf eine geeignete Betriebsfrequenz abgestimmt sein.
Betrachten Sie die gesamte magnetische Umgebung.
Die magnetische Kopplung könnte durch das Metallgehäuse, Batterien, Leiterbahnen auf der Leiterplatte usw. beeinträchtigt werden.
Testen Sie nicht nur unter idealen Bedingungen.
Das Produkt selbst könnte sich verschieben oder falsch ausrichten. Daher ist es unerlässlich, die Spule unter realen Montagebedingungen zu testen.
Frühe thermische Überlegungen
Die Spule kann zwar eine gute Leistungsübertragung aufweisen, aber während des Betriebs übermäßige Erwärmung.
Die Spuleneigenschaften dürfen nicht ohne vorherige Validierung verändert werden. Änderungen des Durchmessers, der Windungszahl oder der Geometrie der Spule können deren elektrische Eigenschaften erheblich verändern.
Das Endprodukt validieren
Die Prüfung des drahtlosen Energiesystems muss im tatsächlichen Gehäuse erfolgen, nicht nur während der Labormessung der Spule.
